《电池之战:成本与性能》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-08-07
  • 2020年是极不平凡的一年,在混乱之中,尽管全球GDP下降,但电动汽车(EV)和电池领域仍有大量活动。

    有报道称,特斯拉(Tesla)将在于中国制造的Model 3中使用磷酸铁锂(LFP)技术(来自中国电池生产商CATL)。尽管特斯拉尚未确认,但从纯粹的成本角度来看,在镍锰钴(NMC)上使用LFP是有意义的。

    在中国,CATL的LFP阴极活性材料(CAM)的价格(每千瓦时)比NMC811价格便宜43%。考虑到阴极是迄今为止电池中最昂贵的组件,这种活性材料成本的差异或对电动汽车的电池最终成本产生重要影响。

    LFP和NMC的成本与能量密度

    尽管成本存在上升空间,但LFP的显著缺点是能量密度,其仅为MNC811的65%~70%(取决于包装)。这意味着,若需实现相同的行驶里程,EV电池的物理尺寸将增大三分之一,这对于空间有限的车辆来说是一个问题。使用LFP供电的Model 3,使用与当前版本相同的电池空间,应具有NCA范围的66%左右。

    当然,如果特斯拉使用LFP,其动机是降低成本,因此电动汽车对更多人来说可以负担得起。此外,中国新电动车的补贴仅适用于价格在30万元以下的汽车。为了符合条件,Model 3的价格必须下降2019年价格的20%~25%。

    在中国,政府补贴还要求电池组(而非电池)级别的最低能量密度为140Wh/kg。在传统的电池组设计中,使用LFP不能达到140Wh/kg的水平,因此必须重新设计以优化空间和重量。

    电池到包装技术

    CATL和竞争对手比亚迪都宣布了新的LFP包装设计,其效率大大提高,均已超过140Wh/kg。新设计被称为电池到包装(CTP)技术。尽管存在设计差异,但这两家公司本质上都使用非常大的棱柱形电池,这可以实现更有效的电池包装和冷却系统、更少的连接和更简单的电池管理系统。

    与目前在中国以外的所有Tesla汽车中使用的Panasonic NCA圆柱形电池相比,新的CTP设计将连接和电路的数量减少了200倍,从而使电池便宜得多。LFP和CTP的使用应转化为一种可以勾选中国市场所有条条框框的工具。

    国外也在寻求使用大型棱柱形电池的包装设计。通用汽车和LG Chem的关系导致Ultium电池生产,该电池计划于今年秋天投放市场,到2022年所有使用该平台的通用电气电动汽车都将使用。

    相反,他们将使用含89%镍的新型LG Chem NMCA化学物质,所得电池组的能量密度应大于200Wh/kg。

    当然,这比LFP贵,使用NMCA和Ultium技术,通用汽车希望使用锂离子电池实现最大的续航里程,并且考虑到包装的高能量密度(性能),具有成本效益。

    大众汽车也开始使用他们所谓的模块化电驱动矩阵(MEB),类似于CTP和Ultium,实现大型棱柱形电池的高利用率和低成本架构。

    LFP在电动汽车中的使用率主要由于其低成本而增加,但问题是在什么程度上?

    首选技术

    显然,LFP技术将在中国乃至其他以成本为驱动因素的亚洲国家普及。另外,预计在成本最为重要且将使用LFP的这些地区,小型两轮和三轮车的数量将强劲增长。此外,LFP正在通过大众运输卡车进入巴西。

    同时,对大型高性能汽车的需求将保持强劲增长。CAT、SK Innovations、LG Chem等将为亚洲、欧洲和北美的电动汽车提供高镍电池。NMCA、NMC811和其他高镍化学品将是性能的选择,并且随着钴含量的降低,它们还将成为含镍锂离子成本最低的产品。

    外 表

    对未来的期望是两种主要技术——低成本LFP和高性能(高镍)NMC。BNEF、Roskill和其他分析师对此两种技术的市场份额没有完全达成共识。到2030年,LFP电池在电动汽车中的预测百分比范围为15%到40%。

    目前,尚不清楚成本与性能的关系将在哪里结束,以及如何将其转化为EV电池技术。但是,在可预见的将来,在中国生产的新型电动汽车中,只有四分之一是LFP,而NMC/NCA的这一比例为76%。

相关报告
  • 《动力锂电池全球龙头》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-12-16
    • 概要 根据GGII的统计公司2020年前三季度实现动力电池装机18.3GWh,市场份额达到47.6%,位列行业第一;产品性能方面,公司位于国内一流水平,可配套绝大部分主流车企,供应关系稳定;成本方面,公司得益于“高能量密度体系+供应链管控+设备投资成本下降”,具有较强竞争优势。 事件 根据GGII的统计公司2020年前三季度实现动力电池装机18.3GWh,市场份额达到47.6%,位列行业第一;产品性能方面,公司位于国内一流水平,可配套绝大部分主流车企,供应关系稳定;成本方面,公司得益于“高能量密度体系+供应链管控+设备投资成本下降”,具有较强竞争优势。 公司基本情况 中国龙头打造动力电池王国:1)公司是全球领先的动力电池系统提供商,以主业为中心综合布局锂电材料、储能系统以及其他相关业务,提供一流解决方案;2)团队脱胎于ATL,技术背景雄厚,2018-2020年三次股权激励强化团队凝聚力;3)持续高水平研发投入,在材料体系和结构工艺上创新升级;4)公司形成总部+四大研发中心+五大生产基地的全球化综合布局,目前规划产能接近300GW,即将迎来产能投放高峰期;5)供应链管控能力强,打造从原材料到动力电池回收的产业链闭环;6)坚持大客户战略,基本完成行业“跑马圈地”。 观点 全球动力电池市场潜在空间巨大:目前国内新能源汽车销量距离《新能源汽车产业发展规划2021-2035年》以及《节能与新能源汽车技术路线图2.0》规划目标差距巨大。伴随国内财政补贴政策退坡趋缓,特斯拉、大众引领的爆款车型拉动需求,以及存量出租车、公交车替换和B端采购预期加强,国内市场将迎来高速增长期;海外市场欧洲各国新能源汽车补贴政策边际向好、欧洲主流车企陆续公布电动化大战略,行业景气度持续提升;得益于下游需求增长及车型改善,预计未来5年全球动力电池装机量有望实现36%以上的年均复合增速;与此同时,电化学储能市场也迎来高增长阶段。 机构盈利预测 业绩未来保持增持评级 市场一致观点 公司目前动态估值为139.17
  • 《铂金太贵?新催化剂让燃料电池成本大降》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2022-04-27
    • 英国伦敦帝国理工学院开发出一种氢燃料电池,它使用的催化剂由铁而非稀有昂贵的铂制成,降低了氢燃料电池的成本。该技术让氢燃料广泛部署成为可能,并最终将减少温室气体排放推进世界走上净零排放的道路。 氢燃料电池将氢气转化为电能,唯一的副产品是水蒸气,这使它们成为一种有吸引力的绿色替代能源,尤其是对于汽车行业。然而,它们的广泛使用在一定程度上受到了主要部件之一的成本的阻碍。为了促进产生电力的反应,燃料电池依赖于由铂制成的催化剂,这种催化剂既昂贵又稀缺。 来自帝国理工学院化学系的首席研究员安东尼·库塞纳克教授说:“目前,单个燃料电池成本的60%左右来自铂催化剂。要使燃料电池成为化石燃料真正可行的替代品,我们需要降低成本。” 现在,由伦敦帝国理工学院研究人员领导的一个欧洲团队已经创造出一种只使用铁、碳和氮,这种廉价且容易获得的材料作催化剂,并表明它可以用来在高功率下运行燃料电池。他们的研究结果25日发表在《自然·催化》杂志上。 在这种新型催化剂中,所有的铁都以单原子的形式分散在导电碳基质中。其中所有原子都聚集在一起,使其更具反应性。这些特性意味着铁促进了燃料电池所需的反应,是铂的良好替代品。在实验室测试中,该团队表明,在真实的燃料电池系统中,单原子铁催化剂的性能接近铂基催化剂。 此外,该团队开发的方法还可以适用于除燃料电池之外的其他应用,例如使用大气中的氧气而非昂贵的化学氧化剂作为反应物的化学反应,以及使用空气去除有害污染物的废水处理。 第一作者、帝国理工学院化学系的阿萨德·马哈茂德博士说:“我们已经开发出一种新的方法来制造一系列‘单原子’催化剂,这为一系列新的化学和电化学过程提供了机会。具体而言,我们使用了一种被称为‘金属转移’的合成方法,避免了在合成过程中形成铁簇。这一过程或许对其他希望制备类似催化剂的科学家有所助益。”